5采场顶板支护方法

采场顶板支护方法5第一节顶板分类与底板特征一、采场矿山压力控制的概念采场矿山压力控制：从狭义的角度看，包括采空区的处理和工作面支护。对于全部冒落法处理采空区：“煤壁－支架－采空区已冒落的矸石”构成对采场上覆岩层的支撑体系。采场支架是关键，其处于“老顶－直接顶－支架－底板”体系中，就达到：一定的可缩量和支撑阻力。直接顶是支架直接维护的对象，支架通过它对老顶进行控制。直接顶的完整程度直接影响工作面安全和支护方式的选择。影响直接顶完整性的两个因素：岩层的力学性质（抗拉、抗压强度，弹模等）和岩层内节理裂隙的发育情况（原生裂隙、构造裂隙、压裂裂隙等）。对直接顶进行支护,应保证支架能支撑住全部直接顶重量,同时能护住破碎的直接顶。即所谓的“支护”。二、对直接顶的分类直接顶的各类裂隙图破碎顶板：支护不及时容易造成局部冒顶。中等稳定顶板：虽有裂隙切割，但极相对完整。完整顶板：悬露面积大，稳定性好，不易发生局部冒顶。按直接顶的稳定性分类（定性）直接顶端面破碎度：指支架前梁端部到煤壁间顶板破碎的程度。如下式：当端面距为1m时的端面破碎度称为顶板冒落灵敏度（我国也称为破碎指数）。分为3类：1类E30%不稳定顶板2类11%E30%中等稳定顶板3类E10%稳定顶板按直接顶端面破碎度E作为分类%100FFEA我国标准的直接顶分类指标及参考因素三、老顶的分类直接顶的稳定对支架的选型、支护方式及对工作面的局部冒顶常起到主导作用。老顶的失稳及来压强度不仅对直接顶的稳定性有直接影响，且对确定支护强度、支架具备的可缩量及选择采空区处理方法等起决定性作用。按直接顶厚度与采高比值N=∑h/m，并参照老顶初次来压步距L，将老顶分为4级。I.级N3～5,来压不明显II.级0.3N≤3～5,L=25～50m来压明显III.级0.3N≤3～5,L50m来压强烈N≤0.3,L=25～50m来压强烈IV.级N≤0.3,L50m来压极强烈Pe=241.3ln(L0)-15.5N+52.6m式中，Pe,老顶初次来压当量；L0，老顶初次来压步距；N=∑h/m，直接顶厚度与采高之比。按老顶初次来压当量将老顶分为如表5-2的4级。四、底板特征与分类采场支护系统的刚度是由“底板－支架－顶板”所组成，因此底板岩层的刚度将直接影响到支架性能的发挥。支架与围岩体系刚度模型底板比压：支架底座对单位面积底板上所造成的压力。极限底板比压：支架钻底时所允许的最大底板比压。支柱钻底的破坏形式有以下三种：整体剪切局部剪切其他剪切穿鞋破坏支柱对底板的破坏形式按极限底板比压将底板分为5类：第二节采场支架类型与支架力学特性一、几个概念单体支柱：支柱与顶梁是分开的。液压支架：顶梁、支柱、底座联合为一个整体。木支柱金属摩擦支柱液压支柱P0'－初撑力：支架架设时，将活柱升起，托住顶梁时对顶板产生的一个主动力。P0－始动阻力：在顶板压力作用下，活柱开始下缩的瞬间支柱上所反映出来的力。也称为支柱阻力。P1－初工作阻力：指在支架的性能曲线中，活柱下缩时，工作阻力增长率急剧增长转为缓慢增长的转折点处的阻力。P2－最大工作阻力：支柱所能承受的最大负载能力，又称为额定工作阻力。有关支柱的撑力及工作阻力的关系支柱的几种典型特性曲线急增阻式微增阻式恒阻式二、单体液压支柱的结构与特性按注液方式分为：内注式和外注式三、液压支架的分类1、支撑式：结构上没有掩护梁，对顶板的作用是支撑。包括四柱垛式、六柱垛式以及节式等。支撑式支架顶梁后端支撑力大于前端，支撑力合力远离前梁端部。因此，适应直接顶较完整，若周期来压又较强烈则更适应。由于支架结构不能抗水平推力，当顶板特别坚硬时破断形成的强大的水平推力又会损坏支撑式支架。不适用于破碎顶板条件。支撑式支架的应用分析2、掩护式：结构上有掩护梁，单排立柱连接掩护梁或直接支撑顶梁对顶板起支撑作用。按掩护梁与底座间联结方式分为：单铰式和双铰式（四连杆式）。3、支撑掩护式：结构上有掩护梁，双排或多排立柱大部或全部通过顶梁对顶板起支撑作用。兼有支撑式与掩护式支架的优点，是支撑与掩护式两种架型的组合。我国目前综采面液压支架架型90％以上为支撑掩护式。综采面割煤、移架、推移、输送机三个主要工序按不同顺序有两种配合方式：及时支护方式和滞后支护方式。支撑掩护式支架的应用分析五、单体支架支护方式分析1.带帽点柱支护：无顶梁；直接顶比较完整时使用。但目前已少用。带帽点柱的布置方式2、棚子支护－单体支柱加铰接顶梁：主要用于直接顶为中等稳定或比较破碎的情况下。3、机组工作面单体支架布置1－接头；2－梁体；3－耳子；4－销子；5－调角楔；HDJA型金属顶梁正悬臂：机道可以支护，安全好，采空区侧不易损折。倒悬臂：回柱时不易被矸石埋住，回柱较安全，但机道无支护。机组工作面的悬臂支护悬梁与支柱的关系第三节采场支架与围岩相互作用原理一、回采面支架与围岩的相互作用横向看，上覆岩层形成的“大结构”是由“煤壁－支架－采空区已冒落矸石”支撑体系所支撑。垂直方向看：采场支架处“老顶－直接顶－支架－底板”这样的围岩体系中。因此，支架与围岩关系的研究十分重要。支架与围岩体系刚度模型支架的性能和结构对支架受力和围岩运动是怎样影响的呢？以及在各种围岩条件下支架呈现什么反映呢？这就是支架与围岩关系研究的内容。不同种类的支架对围岩的支护效果不一样，相同的支架在不同的围岩条件下，其受力状态和对围岩的支护效果也不同。支架－围岩相互作用的特点：支架－围岩是相互作用的一对力。支架受力大小及其在回采工作面分布的规律与支架性能有关。还与支架与围岩支撑系统的总体特性有关。支架结构及尺寸不同对顶板压力影响和维护效果不同。支架P－△L关系曲线（实测）可以看出，支架－围岩关系具有一定的复杂性，但也具有一定的普遍规律。a－前苏联b－英国c－德国超过一定工作阻力时，阻力增加对顶板下沉量影响较小。支架工作阻力并不能改变上覆岩层“大结构”的总体活动规律。支架P－△L关系曲线（调压试验）支架应具备的基本特性：一是必须具备一定的可缩量；二是必须具备有良好的支撑性能，即一定的工作阻力。这也是支架选型与支护设计中最主要的。二、支架－围岩支护系统的力学分析该系统受力与变形的协调方程为：图5－44支架与围岩体系刚度模型SKPPPPSKSKSKPSSSSffssrrfsr00K－系统的组合刚度△S－系统总变形量△P－系统阻力增量P0－系统初撑力fsrKKKK1111（1）在顶板下沉量△S一定时，K越大，支架的载荷越大。（2）K小于Kr,Ks,Kf，为了提高系统刚度，必须同时提高Kr,Ks,Kf。相同支柱，由于Kr,Kf不同，且受力大小也不同。（3）支架变形量在系统总体变形中所占比重，取决于顶底板刚度与支架刚度的相对大小，支架刚度相对越小，则支架的变形量越大。第四节综采工作面顶板控制设计液压支架的选型顺序